超薄LED背光源实现方案
引言
背光源根据光源的位置不同分为直下式背光源和侧光式背光源。直下式背光源，直接把led光源放在出光面下面，光源发出的光经过一段空间距离和扩散板的扩散和混合后，成为面光源发射出来，直下式背光源需要一定的混光距离。而侧光式背光结构对超薄化的模块设计则更具优越性，随着“超薄风”的刮起，大尺寸超薄侧光式led背光源成为各大电视厂商及上游企业的研究热点。
1 结构设计
本文所设计的led背光源是侧光式超薄结构，整个结构包括：led灯条、驱动板、膜材、导光板、散热块、上框架、背板。背光源采用白光led，整个结构设计以active area的中心点为所有部件的设计中心，以液晶电视所用液晶屏的尺寸为前提，设计其它尺寸。综合考虑电路设计及光学设计的要求，对结构进行设计。结构设计先从uⅳout布局图着手，表达整体机构以及各部件相互之间的装配关系，然后着手零件图结构设计。上框架采用分段式设计，在长度方向上分段，避免长度过长。灯条的出线端设置在背板的四个角处，减少绕线长度。
2 光学设计
背光模组的作用是把点光源发出的光通过漫反射使之成为面光源。为了得到合格的面光源，首先要选择合适的led，本设计采用的是白光双芯片led。通过预设白场光度指标，结合对液晶屏、光学膜等影响因素的研究分析，完成对整个背光源所需光通量的计算。根据计算的光通量，结合led的光学特性计算出所需led的颗数。表1所示为所选led的电学及光学特性。
为了提高背光源的亮度，膜材结构搭配为：一层扩散片+一层bef+一层dbef。其中，扩散片的作用是借扩散物质的折射与反射将光雾化，让射出的光更加均匀：bef的作用是将光线聚拢，使其垂直进入液晶模块以提高辉度：dbef是利用原先被传统吸收型偏光片吸收的50%的光线来增加亮度。导光板网点直径为0.54～1.55mm.图1所示为导光板的部分网点分布图。
图1 导光板网点分布图
3 电路设计
led背光源电路设计主要包括灯条设计和驱动控制电路设计，图2所示为整个电路部分的结构框图。
3.1 灯条设计
光源采用双芯片白光led，灯条分布在背光源的四周。为了达到更好的电流均一性，灯条采用串并混联，实行两并多串。为了取得更好的散热效果，led灯条采用铝基板加工制作。整个系统输入电压为24v，此电压由外部电源转换器提供。
3.2 驱动控制
电路设计驱动芯片是三路峰值电流模式pwm控制器，通过闭环控制输出电流提供高精度led电流。该芯片包含三个峰值电流模式控制器，给ic提供反馈，以确保更高效率和更高精度。芯片上的栅极驱动器进行了优化，用来驱动0.25a源电流或o.5a沉电流的逻辑电平fet，每个输出电流可通过线性或pwm调光方法进行单独调光。
该芯片的闭环系统能动态调节它的输出电压，以适应led电流的线路和负载调整。单一封装内集成的三路驱动器保证了每串间有更好的电流匹配，同时降低了整个系统的芯片数量。具有40v线性稳压器，提供5v电源给lc供电，三个转换器的开关频率由内部振荡器控制，三路有1200的相位差，以降低输入电流波纹。高压驱动，电流匹配度良好。led串间电流精度为4-2%，支持线性和pwm调光。
3.3 散热设计
由于led的光效较低，工作时会产生大量的热量，如果不解决散热问题，会导致led发光亮度的衰减和使用寿命的缩短。为了抑制led产生的热量影响背光模组的辉度和色度，就要对led进行散热设计。
为了达到更好的散热效果，将led阵列焊接在铝基板上(mcpcb)，铝基板比普通的pcb(fr4材质的pcb)散热效果要好很多倍。在铝基板下面，设计了长条形的散热块。在散热块和灯条之间贴敷导热双面胶，并用螺钉固定铝基板和散热块。在背光源的四周热量聚积地带，贴敷带保护膜的导热片。为了降低热阻，在led焊盘上加导热过孔。这样，减少了pcb板垂直于热流方向的截面积，从而减少了顶层和底层之间的热阻而加强了led灯热量的传导。最后，依靠电视机壳里的空气对流将热量散掉。
4 测试结果
本文所设计的液晶电视用超薄led背光源为侧光式结构，光源采用白光led。图4所示为组装后的led背光源，厚度为9.9mm。利用bm一7进行九点测试，中心辉度为5，500nit，亮度均齐性为82%，色彩还原性达到95%@cie 1976。背光源整体功率为150w，其中led功耗为135w，驱动电路效率达90%。背光系统的驱动电路属于高压驱动，电路简单，电流一致性良好。
5 结论
本文设计了一款大尺寸超薄液晶电视用led背光源，中心亮度达到5，500nit，整体背光源功率为150w，亮度均齐度为82%。整机厚度为9.9mm，达到业内领先水平。
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